JP2010527551A - ネットワーク容量の使用改善 - Google Patents
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Abstract
超広帯域ネットワーク容量の使用を改善する方法を提供する。ネットワークは複数のチャネルを含み、ネットワークは複数のデバイスをさらに含み、各デバイスは第1チャネル上に各ビーコン群を形成し、各ビーコン群は複数のデバイスに少なくとも1つの他のデバイスを含む。本方法は、ビーコン群の第2デバイスが第1チャネルを用いてデータを送信する間に、第1チャネル以外のチャネルを用いてビーコン群の第1デバイスからデータを送信する工程を含む。
Description
本発明は、通信ネットワークの利用可能容量の使用を改善する方法及び装置に関し、特に、超広帯域ネットワークの利用可能容量の使用改善に関する。
超広帯域は、3.1〜10.6GHzの非常に広い周波数範囲にわたってデジタルデータを送信する無線技術である。広帯域幅にわたってRFエネルギーを拡散することで、送信信号は、従来の周波数選択性RF技術では実質的に検出不可能である。しかしながら、低い送信電力は、通信距離を一般に10〜15メートル未満に制限する。
UWBには2つの手法がある。即ち、UWB特性をもつパルス波形から信号を構築する時間領域手法と、従来の、多重(周波数)バンドによるFFTベースの直交波周波数分割多重(OFDM)を用いて、MB−OFDMを行う周波数領域変調手法とである。両方のUWB手法は、周波数スペクトルにおいて非常に広い帯域幅を網羅するスペクトル成分を生じ、そのため超広帯域という用語が使用され、それにより、帯域幅は、中心周波数の20パーセント以上を占め、一般に少なくとも500MHzである。
非常に広い帯域幅と組み合わせた超広帯域のこれらの特性は、UWBが家庭又はオフィス環境で高速無線通信を提供するための理想的な技術であることを意味し、それにより、通信デバイスは互いに10〜15mの範囲内となる。
図1は、超広帯域通信用のマルチバンド直交波周波数分割多重(MB−OFDM)システムにおける周波数バンドの配置を示す。MB−OFDMシステムは、各々が528MHzの14個のサブバンドを備え、アクセス方式としてサブバンド間で312nsごとにホップする周波数を用いる。各サブバンド内で、OFDM及びQPSK又はDCMコーディングをデータ送信に用いる。約5GHz、現在、5.1〜5.8GHzのサブバンドは、例えば、802.11aWLANシステム、安全保障局の通信システム、又は航空産業の既存の狭帯域システムとの混信を避けるため空白のままであることに留意されたい。
14個のサブバンドは5つのバンド群に構成され:4つは528MHzのサブバンドを3つ有し、1つは528MHzのサブバンドを2つ有している。図1に示すように、第1のバンド群は、サブバンド1と、サブバンド2と、サブバンド3とを備える。例示のUWBシステムは、第1のデータシンボルをバンド群の第1の周波数サブバンドにおいて第1の312.5ns長の間隔で送信し、第2のデータシンボルをバンド群の第2の周波数サブバンドにおいて第2の312.5ns長の間隔で送信し、尚且つ、第3のデータシンボルをバンド群の第3の周波数サブバンドにおいて第3の312.5ns長の間隔で送信するように、バンド群のサブバンド間をホップする周波数を用いる。従って、各間隔の間、データシンボルは、528MHzの帯域幅をもつそれぞれのサブバンド、例えば、3960MHzを中央にした528MHzのベースバンド信号をもつサブバンド2に送信される。
各データシンボルが送信される3つの周波数のシーケンスは、時間周波数コード(TFC)チャネルを表わす。第1のTFCチャネルは、1、2、3、1、2、3のシーケンスに従うことができる。ここで、1は第1のサブバンド、2は第2のサブバンド、3は第3のサブバンドである。第2及び第3のTFCチャネルは、それぞれ、1、3、2、1、3、2、及び、1、1、2、2、3、3のシーケンスに従うことができる。ECMA−368仕様に従って、7つのTFCチャネルを第1の4つのバンド群ごとに定義し、2つのTFCチャネルを第5のバンド群に定義する。5つのバンド群におけるTFCチャネルごとのシーケンスを図2(a)〜図2(e)に示す。
超広帯域の技術的特性は、データ通信領域における用途に展開されることを意味する。例えば、以下の環境においてケーブル交換を目的とする広範囲の用途が存在する:
−PCと、周辺機器、即ち、ハードディスク・ドライブ、CDライター、プリンター、スキャナーなどの外部デバイスとの間の通信。
−無線手段、無線スピーカー等によって接続されるテレビやデバイスなどの家庭用娯楽機器。
−例えば、携帯電話とPDA、デジタルカメラとMP3プレーヤー等の携帯端末とPCとの間の通信。
−PCと、周辺機器、即ち、ハードディスク・ドライブ、CDライター、プリンター、スキャナーなどの外部デバイスとの間の通信。
−無線手段、無線スピーカー等によって接続されるテレビやデバイスなどの家庭用娯楽機器。
−例えば、携帯電話とPDA、デジタルカメラとMP3プレーヤー等の携帯端末とPCとの間の通信。
UWBネットワークなどの無線ネットワークでは、1つ以上のデバイスは、ビーコンピリオド中にビーコンフレームを周期的に送信する。ビーコンフレームの主目的は、媒体上にタイミング構造を提供すること、即ち、時間をいわゆるスーパーフレームに分割することであり、尚且つ、ネットワークデバイスを隣接デバイスと同期化させることである。
UWBシステムの基本的なタイミング構造は、図3に示すようなスーパーフレームである。欧州電子計算機工業会規格(ECMA)、ECMA−368第2版によるスーパーフレームは、256個の媒体アクセススロット(MAS)からなり、各MASは規定の持続時間、例えば、256マイクロ秒を有する。各スーパーフレームはビーコンピリオドから開始され、1つ以上の隣接MASまで継続し、その間、デバイスはビーコンフレームを送信することができる。ビーコンピリオドにおける第1のMASの開始は、ビーコンピリオド開始時間(BPST)として知られている。特定のデバイスのビーコン群は、特定のデバイスと共有のビーコンピリオド開始時間(±1マイクロ秒)を有し、尚且つ、特定のデバイスの送信距離内であるデバイスグループとして定義される。
ECMA−368では、通信デバイスからのデータ送信は、単一に割り当てられた時間周波数コード(TFC)チャネルにわたって媒体アクセススロット(MAS)の明示グループに運ばれる。デバイス間のマッピングと使用されるMAS(即ち、どのデバイスペアが通信しているのか、どの媒体アクセススロット(単数又は複数)かの表示)は、各スーパーフレームの開始時にビーコンピリオドで各デバイスにより通信される。MASがハードDRP予約ではない場合、若しくは、ハードDRP又はプライベート予約MASが放棄される場合、デバイスは、未予約のMASでデータを交換することもできる。
現行のECMA−368標準によれば、個々のデバイスは、適切なTFCチャネルに入り、他に指示がない限り、この単一チャネルで適宜に送信/受信する。デバイス(単数又は複数)により使用されるTFCチャネルの変更は、上位層により管理され、現在のスーパーフレームの完了が必要となる。
TFCチャネルを切り替える機能が限定されている結果、いくつかの利用可能なTFCチャネルを有効としない、又は、デバイスペアと関連付けないことができる。
従って、UWBシステムの容量の大半は、特定のスーパーフレーム中に未使用のままにすることができる。
上記欠点を解消するため動的チャネル切り替えを可能にする2つのスキームがIEEE802.11に対して提案されている。
前者は、共通制御チャネル(Mathilde Benveniste、IEEE P802.11、doc.IEEE802.11−05/0666r3、12th、2005年9月によるCCC MMACプロトコルに記載されている)と呼ばれている。これは、特定のスロットがいつ予約されるか他のデバイスに通知されるよう、デバイスがチャネル予約を行い、共通制御チャネル上でこれを同報通信する必要がある。しかしながら、このプロトコルを実施することは、各デバイスが、共通制御チャネルを常時監視するため第2の無線インタフェースを持たなければならないことを意味する。
第2のスキームは、Jungmin So及びNitin Vaidyaによる「Multi−Channel MAC for Ad Hoc Networks:Handling Multi−channel Hidden Terminals Using A Single Transceiver」、MobiHoc’04の会報、2004年5月24〜26日、日本に記載されている。このスキームでは、デバイス間の同期化が必要であるが(恐らく、802.11タイミング同期機能(TSF)を用いて)、マルチホップ接続に対しては同期化が失敗する場合がある。チャネルは、アドホックトラフィックインデケーションマップ(ATIM)ウィンドウ中に予約され、ウィンドウの大きさは動的に可変である。ATIMウィンドウ中に、デバイスは、使用されるチャネルについてのみ承諾する。次いで、デバイスは、スーパーフレームの期間(MASの期間よりもかなり大きい)中にチャネルを使用する。このスキームの結果の1つは、ロードバランシングの問題を生じるため、ネットワークのスループットが実際には改善されない場合がある。
従って、通信ネットワークの利用可能容量の使用改善が可能であり、上記のスキームの欠点を解消する方法及び装置が必要とされている。
本発明の第1の態様によれば、超広帯域ネットワーク容量の使用を改善する方法を提供する。ネットワークは複数のチャネルを含み、ネットワークは複数のデバイスをさらに含み、各デバイスは第1チャネル上に各々のビーコン群を形成し、各ビーコン群は複数のデバイスに少なくとも1つの他のデバイスを含む。本方法は、ビーコン群の第2デバイスが第1チャネルを用いてデータを送信する間に、第1チャネル以外のチャネルを用いてビーコン群の第1デバイスからデータを送信する工程を含む。
本発明の第2の態様によれば、超広帯域ネットワークに使用されるデバイスを提供する。ネットワークは、複数のチャネルを含み、デバイスは、第1チャネル上で少なくとも1つの他のデバイスとビーコン群を形成するようになっており、デバイスはさらに、ビーコン群の少なくとも1つの他のデバイスが第1チャネルを用いてデータを送信する場合、第1チャネル以外のチャネルを用いて第2デバイスにデータを送信するようになっている。
本発明の第3の態様によれば、複数のデバイスを含み、少なくとも1つのデバイスが上述のものである超広帯域ネットワークを提供する。
添付図面を参照しながら、単なる例として本発明を詳細に説明する。
超広帯域通信ネットワークを参照しながら本発明について説明するが、本発明は、他種類の通信ネットワークにも適用可能であることを理解されたい。
図4は、スーパーフレームの媒体アクセススロット数により測定される、連続する2つのスーパーフレームにわたる7つのTFCチャネルの構造を示す。第1スーパーフレームのビーコンピリオドは、多くても、第1の33個の媒体アクセススロットの間にTFCx1で送信され(ビーコンピリオドの長さは可変であることを理解されたい)、データ期間(DP)は、以下の223個以上の媒体アクセススロットにわたって提供される。
図4を参照しながら、標準ECMA−368仕様に従って、2台のデバイスが、その間にデータフローを確立している状況を考えてみる。これらのデバイスは、第1チャネルであるTFCx1を用いて、データを運ぶ。スーパーフレーム開始時のビーコンピリオド(BP)のコンテンツは、データ期間(DP)でどのスロット(MAS)が送信されたデータを保持しているかを示す。2台のデバイスの近傍内で他のデバイスが残りの6つのチャネル(TFCx2〜TFCx7)のいずれも利用していないものと仮定すると、これらのチャネルの各々と関連付けられたデータ期間(DP)は使用されていないことは明らかである。
ネットワークで複数のデバイスにおいても同様の状況が存在する。ネットワークの一例を図5に示す。これは、4台のデバイスである、第1デバイス1、第2デバイス2、第3デバイス3、および第4デバイス4を含む。デバイス間の矢印は、ネットワークで様々なデバイスペア間でデータが送信される方向を示す。以下、全てのデバイスが互いに送信距離内にあり、共有のビーコンピリオド開始時間(±1マイクロ秒)を有しているものとする。従って、各デバイスのビーコン群は、他の3台のデバイスの各々を含む。
以下、説明を簡単にするために、各データ期間が同サイズの7つのMAS「セット」に分割され、各データフロー又は要求(即ち、シンボルの特定数)が送信されるこれらのスロットセットを2つ必要とすることに留意されたい。
図6は、これら3つのデータフローが従来のECMA−368標準システムでどのように処理されるかを示す。ビーコンピリオド中、4台のデバイス1、2、3、及び4の各々は、次のデータ期間で他のデバイスに送信する必要があるデータの詳細又はそのリソース予約要求を送信し、データ期間における7つの「スロット」の使用は、それに応じて決められる。
そのため、従来のシステムでは、第2デバイス2が、データ期間の最初の2つのスロットで第4デバイス4にそのデータを送信し、第1デバイス1が、データ期間の第3及び第4スロットで第2デバイス2にそのデータを送信し、第3デバイス3が、データ期間の第5及び第6スロットで第4デバイス4にそのデータを送信する。従って、使用できるTFCチャネルが1つだけであるため、別々の3つのデータ送信は連続的に行われる。
ここでも、4台のデバイスの近傍内に他のデバイスがなく、他のデバイスが残りの6つのチャネル(TFCx2〜TFCx7)のいずれも利用していないものと仮定すると、これらのチャネルの各々と関連付けられたデータ期間(DP)は使用されていないことは明らかである。
本発明によれば、仮想マルチチャネル動作(VMCO)と暫定的に称するスキームを提供する。ここで、これらの空きチャネル及びこれらのデータ期間は、最初に利用されたチャネルと現在関連付けられているデバイス間でデータ(追加又はその他)を運ぶのに使用することができる。
これらのさもなくば空きのチャネルが、データを運ぶのに使用されるため、ビット毎秒で利用可能な全容量やスーパーフレーム当たりの利用可能なデータ期間スロットの数は増加し、遅延が減少し、スループットが改善される。この利点の1つは、トラフィックフローのピークを処理する効率が向上するのみならず、サポートできるアクティブノードペア数が増加する。
図7は、図5のネットワークの3つのデータフローが本発明によるVMCOスキームでどのように処理できるのかを示す。TFCチャネルの1つ、図7ではTFCr上のビーコンピリオド中、4台のデバイス1、2、3、及び4の各々は、次のデータ期間で他のデバイスに送信する必要があるデータの詳細又はそのリソース予約要求を送信し、従来のものと同様に、スーパーフレームの送信用スロットを予約する。しかしながら、他のTFCチャネル(図7で「TFCx」及び「TFCy」と表示)のデータ期間が未使用になるかどうか判断する。未使用である場合、最適なチャネル使用をするために、デバイスに対し送信スキームを決定する。従って、デバイスは、スーパーフレームでいくつか又は全部のデータを送信するため、他のチャネル(以下、「仮想」チャネルとして知られる)上でスロットを予約することができる。いつどこでチャネルを切り替えるかについての第3デバイス3及び第4デバイス4に関する情報は、本願明細書で後述するように、TFCrのビーコンピリオドで送信される情報要素に含まれるのが好ましい。
従って、図7に示すように、従来のシステムと同様、第2デバイス2が、TFCrにおいてデータ期間の最初の2つのスロットで第4デバイス4にそのデータを送信し、第1デバイス1が、TFCrにおいてデータ期間の第3及び第4スロットで第2デバイス2にそのデータを送信する。しかしながら、第3デバイス3及び第4デバイス4は、TFCr上の第3及び第4スロットで行う送信と無関係であるため、第3デバイス3及び第4デバイス4は、さもなくば空きのチャネル(「仮想」チャネル)、この場合、TFCxを使用することができる。従って、第3デバイス3が、TFCxのデータ期間の第3及び第4スロットで第4デバイス4にそのデータを送信する。従って、多数のTFCを使用できるので、別々の3つのデータ送信のうちの2つを同時に行う、その結果、3つの送信は、図6に示す従来のシステムよりも短時間で完了する。
第3デバイス3及び第4デバイス4がデータを送信後、デバイス3、4は、その後の予約されていない通信、及び/又は、次のビーコンピリオドのため、共通チャネル(TFCr)に切り替わる。
実質的に、本発明により、非アクティブであるが、送信スロットを待っているデバイスペアは、スーパーフレームでチャネルを切り替え、さもなくば未使用となる別のチャネル上のスロットでデータを送信することが可能となる。デバイスは、スーパーフレームの各タイムスロット(MAS)でチャネルを切り替えることができることに留意されたい。
いつどこで個々のデバイスが切り替わるのかに関する情報は、デバイスに共通のチャネル上のビーコンピリオド中に送信される情報要素(IE)に含まれるのが好ましい。すなわち、デバイス間のVMCOスキームを実行することができるのは、特定ビーコン群のデバイスである。他のチャネル上のビーコンピリオドに信号が無い又は欠如していることは、これらのチャネル上の現在のスーパーフレームのデータ期間が空であることを示すことができる。従って、このスキームを用いて、各デバイスは、共通のTFC(図7ではTFCr)と関連付けられるが、ビーコンピリオドで提供された情報に従って、さもなければ空の他のTFC(図7ではTFCx)を通じてデータを受信又は送信することができる。
一実施形態では、各デバイスは、ネットワークの多重チャネルに対するリソース予約要求として情報要素を用いる。
超広帯域通信システムの既存の物理層(PHY)の仕様は、タイミングや同期化/アラインメントの問題という点において、ECMA−368標準デバイスは、デバイスハードウェアを実質的に変えることなくVMCOスキームを実行できるように、チャネル切り替えやアラインメント/同期化を十分に早く行うことができることを示している。VMCOスキームを用いる全てのデバイスは、共通チャネルのビーコンピリオドにより同期化され、配列されるため、同じ共通の時間表現を共有する。他のチャネルのデータ期間は、ビーコン群が使用するチャネルの仮想データ期間として、或いは、時間及び周波数次元の両方で整理されるデータ期間としても考えられる。
VMCOデバイスは、種々の方法で他のVMCO対応デバイスを検出することができる。これを達成する方法の1つは、デバイスがECMA−368標準により提供されるMAC機能のIE(MAC Capabilities IE)を使用することであり:MAC機能ビットマップの可用ビットの1つ(ECMA−368仕様の図81に示されるように)を用いて、VMCO機能をフラグすることができる。
別の方法としては、特定用途向けIEを使用することである。特定用途向けIEは、供給業者により使用され、特定用途向けの機能を提供することができ、形式は、供給業者自身により提供される。従って、供給業者は、そのようなIEを用いてVMCO機能を示すことができる。
図8は、本発明によるデバイスの起動方法を示す。ステップ101で、デバイスに電源を投入する。ステップ103で、デバイスがVMCOスキームを使用したい場合、デバイスは、1スーパーフレームのビーコンピリオドでVMCOビーコンフレームに利用可能なチャネルをリッスンする。一実施形態では、デバイスは、ビーコンピリオドのVMCO情報要素(IE)をリッスンする。別の実施形態では、デバイスは、MACヘッダフィールド内の予約ビットをリッスンし、これは、送信しているデバイスがVMCO可能であることを示すものである。
デバイスがビーコンフレームを何も検出しない場合、デバイスは、フリー又は使用可能なものとしてチャネルをマークする。デバイスが特定のTFCチャネル上でビーコンフレームを検出し、ビーコンフレームヘッダが有効なフレームチェックシーケンス(FCS)により検出される場合、デバイスは、そのTFCチャネルを用いて他のデバイスからビーコン信号を受信することができ、チャネルは使用中とマークされる。このチャネルは、従来のデバイス又はVMCO対応デバイスにより使用中であり得ることに留意されたい。デバイスが特定のTFCチャネル上のビーコンフレームを検出し、これが、無効なフレームチェックシーケンス(FCS)によるビーコンフレームヘッダを有する場合、デバイスは、別のスーパーフレームのTFCチャネル上でリッスンを継続する。有効なFCSをその後に受信する場合、デバイスは上記のように動作する。しかしながら、有効なFCSをその後に受信しない場合、デバイスは、チャネルのアクティビティを検出できるが、チャネルに関するさらなる情報を入手することはできない。そのため、デバイスは、チャネルを使用中とマークする。
1つのTFCチャネルをスキャニング又はモニタリングした後、デバイスは、次又は別のTFCチャネルに切り替え、全てのTFCチャネルがモニタリングされるまで、上述の処理を繰り返す。
ステップ105で、デバイスは、適当な、又はいくつかの、VMCOビーコン群信号が見つかったかどうかを判断する。そうである場合、デバイスは、例えば、ECMA−368仕様のセクション17.2に記載されている従来の方法で、VMCOビーコン群に入る(ステップ107)。従って、デバイスは、次のビーコンピリオドの可用スロットでビーコン信号を送信する。加入手順における任意のコリジョンが解決されると、デバイスは、ネットワークで他のデバイスとの通信を開始することができる。
ビーコン群又は適当なビーコン群が見つからない場合、デバイスは、チャネルを選択し、ビーコンフレームを送信することで新たなビーコン群を生成し、これは、上記のようにVMCOが可能であることを示すいくつかのシグナル伝達を含む(ステップ109)。例えば、デバイスは、MACヘッダフィールドの予約ビット又は情報要素(IE)のビットを使用することができる。VMCOビーコン群は、共通チャネル(従って、共通ビーコンピリオド)及び一連の関連VMCOチャネル(即ち、現行のスーパーフレームで未使用であるチャネル)と関連付けられた多数のVMCOデバイスを含む。
以下に示す図では、デバイスに共通で、尚且つ、VMCO情報要素(好ましい実施形態で)を含むチャネルは、「ランデブーチャネル」と以下で呼び、TFCrと表示される。関連した空きチャネルは、TFCx及びTFCyと表示される。以下の説明のために、全てのデバイスは、VMCO対応デバイスであるものとし、VMCOビーコン群が構築されており、安定であるものとする。
図9(a)及び図(b)は、本発明によるネットワークで4台のデバイス間のデータ送信に対するスキームの一例を示す。図9(a)では、4台のデバイスを含むネットワークを示し、上記のように、デバイス間の矢印は、ネットワークで様々なデバイスペア間でデータが送信される方向を示す。従って、送信される6つのデータフローが存在する。デバイスのビーコン群は、ネットワークの他のデバイスを全て含むことも分かる。
図9(b)は、様々なデバイスが、VMCOスキームに従ってデータを送信する場合を示す。従って、第2デバイス2は、ランデブーチャネルであるTFCr上でデータ期間の最初の2つのスロットで第4デバイス4にデータを送信する。同時に、第3デバイス3は、第1空き/仮想チャネルであるTFCx上で第1デバイス1にデータを送信する。データ期間の次の2スロットでは、第1デバイス1が、ランデブーチャネルであるTFCrを用いて第2デバイス2にデータを送信し、(第1デバイス1は、第2及び第3スロット間でチャネルを切り替える)、第3デバイスは、第1空きチャネルであるTFCxを用いて第4チャネルにデータを送信する。第5及び第6スロットでは、第3デバイス3は、ランデブーチャネルであるTFCrを用いて第2デバイス2にデータを送信し、第4デバイス4は、第1空きチャネルであるTFCxを用いて第1デバイス1にデータを送信する。
図10(a)及び図(b)は、6台のデバイス1、2、3、4、5、及び6を含むネットワークでVMCOスキームを用いる効果を示す。この例では、第2空きチャネルであるTFCyもデータ送信に使用される。従って、データ期間の第3及び第4スロットでは、3つの別々の送信が、3つの異なるチャネル、ランデブーチャネルであるTFCrと2つの仮想チャネルであるTFCx及びTFCy上で行われる。
この例では、共通ビーコン群(即ち、デバイスのビーコン群は、ネットワークの他のデバイスを全て含む)のデバイスを示しているが、いくつかの実施形態では、各デバイスは、ネットワークにおける他のデバイス各々のビーコン群の一部である必要は必ずしもないことを理解されたい。
しかしながら、データ送信に仮想チャネルを使用することができるのは、共通ビーコン群にあるデバイスだけではない。再び、図10(a)及び図10(b)を参照し、デバイス3及びデバイス5の両方はデバイス6のビーコン群であるが、デバイス間の距離、及び/又は、それぞれのBPSTの開始間のオフセットにより、デバイス5はデバイス3のビーコン群ではないものとする(逆もまた同様)。この場合、デバイス6が、TFCr上でデバイス5(デバイス6のビーコン群である)にそのデータを送信する間、デバイス3は、TFCx上でデバイス4(デバイス3のビーコン群である)にそのデータを送信することができる。従って、デバイス6の立場から言えば、デバイス3は、仮想チャネルを用いて、デバイス6のビーコン群の外側にあるデバイスにデータを送信する。
上記のVMCOスキームは、従来のシステムを上回る多くの利点を提供する。提案した方法でチャネルを切り替え可能なデバイスは、2つ以上のチャネルからスロットにアクセスし;可用ビット毎秒及びスーパーフレームにつきのスロットを増やすことで、エアーインタフェースリソースの利用を向上させる。これにより、よりアクティブなデバイスペアリングをサポートする機能を提供するとともに、遅延を減少し、スループットを改善する。デバイスが2つ以上の異なるチャネル上で同時に送信又は受信することができない制約を条件として、潜在的な追加の利用可能容量は、「空き」チャネル数のオーダである。
単一バンド群(図1に示すように)内の空き/仮想チャネルの使用を参照しながら本発明について説明したが、当業者であれば、デバイスは仮想チャネルとして他のバンド群から1つ以上のTFCチャネルを識別し、使用できることが分かるであろう。
スーパーフレーム内のチャネルを切り替える機能により、フルチャネル切り替えを起動する必要が無くなり、かかる大規模な変化が引き起こす混乱も回避される。かかる「オンザフライ」のチャネル切り替え機能により、データフローの動的な小規模の変化を管理することができ、より詳細には、高スループットのバーストモードトラフィックの管理を支援することができる。
多数のVMCO群は共存でき、ネットワークの利用可能な空きチャネル数によって制限されるだけである。
VMCOスキームでは、デバイスが単一の無線インタフェースを有することを要するだけである。これにより、実行コストが低くなる。
最後に、VMCOスキームにより、個々のデバイスが多数のデバイスと通信する必要がある場合、例えば、ユーザがいくつかの相互接続されたデバイスにわたってゲームをプレイしたい場合の高密度相互接続環境への超広帯域ネットワークの適用性が改善される。
上記の利点を提供することに加え、VMCO非対応デバイスはランデブーチャネル上のビーコンピリオドにおいてVMCO特定情報要素を無視する(又は検出不能である)ため、本発明によるVMCOスキームは、これらのデバイスと完全な下位互換性がある。しかしながら、これらのデバイスは、標準ECMA−368に従って既存のビーコン群に入ることができる。
従来のデバイスは、さもなければ、VMCO群により「仮想」チャネルとして使用される「空き」チャネル上でビーコン群に入る又は確立することができる。これは、VMCO非対応デバイスがそのチャネル上のビーコンピリオド中にそれらの存在を単にアサート又は確立することを意味するため、「仮想」チャネルを使用しようとする又は使用するつもりのVMCOデバイスとのコリジョンを引き起こす。これらのVMCOデバイスは、バックオフし、VMCO群が別のチャネルを見つけるよう、及び/又は、これらのスロットを別の「空き」チャネルに再割り当てるようにする。ネットワークにおける従来のデバイス、又は、VMCOスキームに適用しないデバイスの存在下で、システムの動作は、標準ECMA−368のものにデフォルトすることを意味する。
ネットワーク容量の使用改善は、以下のように表わすことができる。14台のデバイスを組み合わせ、7つの同時に独立接続(デバイス/ノードペア)を形成する例を考えてみる。7つの媒体アクセススロットを有する単一チャネルが利用可能であり、全ての接続が媒体上で同一の時間を必要とする場合、各接続は、スーパーフレームにつき1つのMASが与えられる。しかしながら、6つの他の空きチャネルが利用可能な場合、各デバイスペアは、それぞれ、別々のチャネルを使用することができる。これは、データスループットが7倍増加することを意味する。
以下の演算では、スーパーフレーム中の利用可能な送信時間について考えてみる。全ての場合において、媒体の実効スループットは、MIFS(最小インターフレームスペーシング)、AIFS(任意インターフレームスペーシング)、SIFS(ショートインターフレームスペーシング)、及びガード時間などのインターフレームスペーシングの挿入により、一般に見積もったデータ転送速度未満である。多重チャネル間のデバイス切り替えを可能にすることで、スループットに影響を及ぼす追加の減衰因子はない。
超広帯域仕様によれば、各スーパーフレームは、65.536ms(256MASs)間継続する。1つのチャネル上で利用可能な送信時間は、65.536×Rmsに等しく、ここで、Rは、ECMA368標準のスーパーフレーム構造で導入される減衰因子である。
R=(データ期間長)/(ビーコンピリオド長+データ期間長)。
R=(データ期間長)/(ビーコンピリオド長+データ期間長)。
ビーコンピリオドが最大数のデバイス(96)によって占められる場合、Rは、最小値の87%を有する。
しかしながら、2つ以上のチャネルが利用可能であるため、データ送信に利用可能な時間は、使用されているチャネル切り替えスキーム及びMAS割り当てスキームに参加している利用可能なチャネル数の関数である。しかしながら、媒体上の利用可能な最大の総送信時間(但し、チャネル及びデータスロットの最適な割り当てポリシーが、デバイス間のトラフィック要求に対して可能であるとする)は:
65.536×R×7ms/スーパーフレームである。
65.536×R×7ms/スーパーフレームである。
VMCO動作に利用できないチャネル数は、MASごとにチャネルを切り替える機能を持たない従来のデバイスの数による。従来のデバイスが存在しない場合、同一のビーコン群におけるデバイスの送信時間の可用性に対する向上は、最大で:
(65.536×7−65.536)/65.536=600%である。
(65.536×7−65.536)/65.536=600%である。
2チャネルのみが切り替えに利用可能な場合、改善は最大で100%に減少する。いずれにしても、少ないチャネル数の共有化であっても利用可能容量を著しく増大できることが分かる。
以上のように、情報要素は、ランデブーチャネルのビーコンピリオドでデバイスにより送信され、ランデブーチャネルのタイムスロットと、関連した空きチャネルのタイムスロットとのリソース予約要求を含む。これらのリソース予約要求は、分散リソースプロトコル(DRP)に従うことができる。
ECMA368標準は、DRP予約に関する2つの情報要素を定義する。それは、DRP可用性IE及びDRP IEである。
DRP可用性IEを用いて、スーパーフレーム内に作られたDRP予約のデバイスのカレントビューを送信する。DRP可用性IEは、予約される、或いは、他のデバイスによりすでに予約されたスーパーフレームでMASを示すDRP可用性ビットマップを含む。スーパーフレームの使用済セクションのマップのみを送信する必要があるため、DRP可用性IEのビットマップ部分は、0〜32バイトの可変長を有する。従って、スーパーフレームの末端のMASが未使用の場合、ビットマップのデータ量は減少する。DRP可用性ビットマップはまた、要素IDと、ビットマップの長さを示す1バイトとを含む。
しかしながら、チャネル及びタイムスロット予約を多重チャネルにわたって行う必要があるため、上記IEは前述のVMCO技術と組み合わせて使用するのに適さず、追加の空きチャネルに必要な対応ビットマップサイズは、IEの送信に利用可能な時間を超えることがある。そのため、よりコンパクトな表現が必要になる。
そのため、本発明の実施形態によれば、デバイスが空きチャネル用のDRP予約も含むよう修正DRP可用性IEを提供する。
DRP可用性IEは、空きチャネル内のカレントアクティビティビューをデバイスに提供しなければならない。従って、可用性IEは、利用可能なチャネル数(別々のビーコン群又はブラックリスティングの存在に基づいて変わり得るため)及びこれらのチャネルの可用性ビットマップの送信命令を送信する機構を必要とする。
この機能性を提供するために、可用性IEは、図11に示すオクテットを含む。このオクテットは、チャネル制御と呼ばれている。ビット0〜6は、TFCチャネル1〜7が、ビット7を予約した状態で、それぞれ、VMCOビーコン群により使用可能であるかどうかを示す。TFCチャネルが利用不可(即ち、適性な位置で0)であると示される場合、そのチャネルのビットマップは、可用性IEに含まれないことを示す。完全のため、ランデブーTFCチャネルは1に設定され、これは、データ伝送能力を有することを示す。しかしながら、このチャネルのビットマップは、VMCO非対応デバイスとの後方互換性を維持するため別々のIEで送信されるので、追加のDRP可用性ビットマップは追加されない。
可用性ビットマップを提供するための3つの方法が、確認されている。これらの方法は以下の通りである。
第1の方法は、各連続チャネルに対する可用性ビットマップの細分性の減少に基づいている。この方法で可用性IEの形式を図12に示す。このように、可用性IEは、要素IDを示す第1オクテット、次いで、利用可能な空きチャネル数により変化する可用性IEの長さを示すオクテット、次いで、チャネル制御を含む。長さは、(63−M)+1で与えられ、ここで、Mは、特定のチャネルが利用できない場合に省かれるオクテット数を示す。長さフィールドでは、要素IDと長さフィールド自体の長さは考慮していない。
各仮想チャネルの可用性ビットマップを次に提供する。この方法によれば、各ビットマップの細分性は連続仮想チャネルごとに減少する。従って、第1仮想チャネルのビットマップは32オクテットで表され、第2仮想チャネルのビットマップは16オクテットで表され、第3仮想チャネルのビットマップは8オクテットで表され、第4仮想チャネルのビットマップは4オクテットで表され、第5仮想チャネルのビットマップは2オクテットで表され、第6仮想チャネルのビットマップは1オクテットで表される。第1、第2、第3、第4、第5、及び第6仮想チャネルは、任意の望ましいシーケンスで取られる図11のチャネル制御オクテットで利用可能と示されたTFCチャネルであってもよい。上述のように、ランデブーチャネルのビットマップは、別々のIEで提供される。
この方法は、低細分性でチャネルにマッピングする多数の隣接タイムスロットを必要とするトラフィックに有用であることを意味する。
可用性ビットマップを提供する第2の方法は、空き/仮想チャネルに送信する必要がある情報量を低減することである。これは、可用性ビットマップが所与のスーパーフレームのビーコンピリオド内に送信される空きチャネルを交互にすることで行われる。従って、例えば、第1可用性IEでは、第1、第2、及び第3空きチャネルの可用性ビットマップを送信することができ、次のスーパーフレームの第2可用性IEでは、第4、第5、及び第6空きチャネルの可用性ビットマップを送信することができる。図13は、この方法による可用性IEを示す。空きチャネルは、隣接スーパーフレーム間で任意の適切な方法で分割することができ、チャネルを図示のグループに分割する必要はないことを理解されたい。
従って、可用性IEは、要素IDを示す第1オクテット、次いで、利用可能な空きチャネル数により変化する、可用性IEの長さを示すオクテット、次いで、チャネル制御を含む。長さは、C+1で与えられ、ここで、Cは、チャネル制御フィールド×32の高ビット数を示す。次に、3つの選択された仮想チャネル(32オクテットを含む)の各々の可用性ビットマップを提供する。
この方法は、空きチャネルに対するこの情報をスーパーフレーム1つおきに受信することを犠牲にして、フルチャネルの可用性ビットマップを各仮想チャネルに送信することができるという利点がある。
空き/仮想チャネルDRP可用性ビットマップを提供する第3の方法は、上述の2つの方法のハイブリッド組み合わせである。この方法は、必要な情報コンテンツを減らすためグラニュラー法及びテンポラル法の両方を用いる。ハイブリッド可用性IEの形式を図14に示す。
このように、可用性IEは、要素IDを示す第1オクテット、次いで、利用可能な空きチャネル数により変化する可用性IEの長さを示すオクテット、次いで、チャネル制御を含む。可用性IEの長さは、(56−M)+1で与えられ、ここで、Mは、特定のチャネルが利用できない場合に省かれるオクテット数を示す。長さフィールドでは、要素IDと長さフィールド自体の長さはIEに常に含まれるため、これらは考慮されていない。
3つの空きチャネルの可用性ビットマップを次に提供する。この方法によれば、各ビットマップの細分性は連続仮想チャネルごとに減少する。従って、第2又は第5仮想チャネルのビットマップは32オクテットで表され、第3又は第6仮想チャネルのビットマップは16オクテットで表され、第4又は第7仮想チャネルのビットマップは8オクテットで表される。ここでも、空きチャネルは、隣接スーパーフレーム間で任意の適切な方法で分割できることを理解されたい。
以下のセクションでは、空きチャネル上で実際の予約を行う方法について示す。以上のように提供された可用性ビットマップがデバイスで使用され、空きチャネル内のMASの現在の状態に関する情報を入手する。次に、DRP IEがデバイスで使用され、これらの空きチャネル内にMASを予約する。
空き/仮想チャネル情報は、デバイスが予約を行いたいチャネルの特定に使用されるDRP割り当てフィールド形式に追加のオクテットを加えることで、新規IE内に含まれる。DRP IEの形式を図15に示す。
IEは、DRP割り当てフィールドがデバイスが、予約を行いたいTFCチャネルを特定する追加のオクテットを有する以外は、標準DRP IEと全く同一の形式を有する。そのため、IEは、要素IDを示す第1オクテット、次いで、行われた予約要求の数により変化する、IEの長さを示すオクテット、次いで、DRP制御フィールド(予約が成功したか、或いは、他のデバイスと衝突したか、予約の種類に関する所与情報としてECMA−368仕様のセクション16.8に定義される)を表す2つのオクテット、次いで、ターゲット(即ち、データ送信先)及びデバイスアドレスを表す2つのオクテットを含む。次いで、IEは、実行される空き/仮想チャネル予約ごとに5つのオクテットを含む(仮想チャネルDRP割り当て1〜N)。
仮想チャネルDRP割り当てフィールドの形式を図16に示す。このように、フィールドは、タイムスロットが予約される仮想チャネルを示すオクテットと、ゾーンビットマップを示す2つのオクテットと、MASビットマップを示す2つのオクテットとを含む。
本明細書に記載のVMCOスキームの範囲内において、空きチャネルDRP割り当てで上述したIEにより、ネットワーク状態のデバイスカレントビューの送信機構を提供し、デバイスはIE送信時間を最小限にしてネットワーク内で予約を行うことが可能となる(可用性IEの送信に必要な時間は、空きチャネルの可用性IEにより、標準ECMA−368動作と比べて長くなるが、上記の技術は、これを行うのに必要な時間を最小にする)。これにより、高帯域幅及び遅延感受性トラフィックの両方を必要とするデバイスは、これらのトラフィックタイプに固有の空きチャネル内に予約を行うことができる。これにより、よりアクティブなデバイスペアリング及びそれらの特定トラフィック要件をサポートする機能が改善する。
上記の情報要素は、VMCOスキームの特定ニーズに合うように開発されたが、チャネル予約情報をサポート又は伝播するのに利用可能なリソースが限定される場合に、単一又は多重チャネルのどちらでも、他のビーコンベースプロトコルに適用できることを理解されたい。
さらに、以上のように、VMCO固有のIEへの別のインプリメンテーションは、特定用途向けのIEである。
従って、通信ネットワークの利用可能容量の使用改善が可能であり、従来のスキームの欠点を解消する方法及び装置を提供する。
Claims (26)
- 超広帯域ネットワーク容量の使用を改善する方法であって、前記ネットワークは複数のチャネルを含み、前記ネットワークは複数のデバイスをさらに含み、各デバイスは第1の前記チャネル上に各ビーコン群を形成し、各ビーコン群は前記複数のデバイスに少なくとも1つの他のデバイスを含み;前記方法は:
ビーコン群の第2デバイスが前記第1チャネルを用いてデータを送信する間に、前記第1チャネル以外のチャネルを用いて前記ビーコン群内の第1デバイスからデータを送信する工程を含む方法。 - 前記第1デバイスが、前記第1及び第2デバイスの各ビーコン群にあるデバイスにデータを送信する請求項1に記載の方法。
- 前記第1デバイスが、前記第2デバイスの前記ビーコン群にないデバイスにデータを送信する請求項1に記載の方法。
- 前記第2デバイスが、前記第1及び第2デバイスの各ビーコン群にあるデバイスにデータを送信する請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の方法。
- 前記第2デバイスが、前記第1デバイスの前記ビーコン群にないデバイスにデータを送信する請求項1、請求項2、又は請求項3に記載の方法。
- 前記ネットワークが、複数の隣接スーパーフレームにさらに分割され、前記方法が、前記第1スーパーフレームの開始時に、前記デバイスに対する送信スキームを決定する工程をさらに含み、前記送信スキームが、前記第1スーパーフレームでデータを送信又は受信するのに各デバイスを用いる前記複数のチャネルのチャネル(単数又は複数)を示す請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 送信スキームを決定する前記工程が、前記第1スーパーフレームで1つ以上のタイムスロットを示す予約要求と、使用される前記複数のチャネルで1つ以上のチャネルとを同報通信する各デバイスを含む請求項6に記載の方法。
- 各デバイスが、前記第1スーパーフレーム開始時のビーコンピリオド中に前記予約要求を同報通信する請求項7に記載の方法。
- 前記予約要求が、前記複数のチャネルの2つ以上のチャネル上で、前記第1スーパーフレームの非同時性タイムスロットに対する要求を含むことができる請求項7又は請求項8に記載の方法。
- 前記予約要求が情報要素に含まれる請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記情報要素が、前記第1スーパーフレームでタイムスロットの可用性を示すマップを含む請求項10に記載の方法。
- 前記マップが、前記第1チャネル及び少なくとも1つの前記他のチャネル上でタイムスロットの可用性を示す請求項11に記載の方法。
- 前記マップ内の各チャネルを表すのに用いられるビット数が変化し、前記第1チャネルに関する前記マップの一部が、少なくとも1つの前記他のチャネルに関する前記マップの一部よりも多いビット数で表わされる請求項12に記載の方法。
- 前記マップが、前記第1チャネル及び前記他のチャネルのサブセット上でタイムスロットの可用性を示す請求項11に記載の方法。
- 前記マップが、前記第1チャネル及び前記他のチャネルのサブセット上でタイムスロットの可用性を示し、前記第1チャネルに関する前記マップの一部が、前記サブセット内の少なくとも1つの前記チャネルに関する前記マップの一部よりも多いビット数で表わされる請求項12に記載の方法。
- 超広帯域ネットワークに使用されるデバイスであって、前記ネットワークは、複数のチャネルを含み、前記デバイスは、第1の前記チャネル上で少なくとも1つの他のデバイスとビーコン群を形成するようになっており、前記デバイスはさらに、前記ビーコン群の前記少なくとも1つの他のデバイスが前記第1チャネルを用いてデータを送信する場合、前記第1チャネル以外のチャネルを用いて第2デバイスにデータを送信するようになっているデバイス。
- 前記チャネルが、複数の隣接スーパーフレームに分割され、前記デバイスがさらに、前記第1スーパーフレーム内の1つ以上のタイムスロットと、使用される前記複数のチャネルのチャネル(単数又は複数)とを示す予約要求を同報通信するようになっている請求項16に記載のデバイス。
- 前記デバイスが、前記第1スーパーフレーム開始時のビーコンピリオド中に前記予約要求を同報通信するようになっている請求項17に記載のデバイス。
- 前記予約要求が、前記複数のチャネル内の2つ以上のチャネル上で、前記第1スーパーフレームの非同時性タイムスロットに対する要求を含むことができる請求項17又は請求項18に記載のデバイス。
- 前記デバイスが、情報要素に前記予約要求を含むようになっている請求項17〜19のいずれか1項に記載のデバイス。
- 前記情報要素が、前記第1スーパーフレームでタイムスロットの可用性を示すマップを含む請求項20に記載のデバイス。
- 前記マップが、前記第1チャネル及び少なくとも1つの前記他のチャネル上でタイムスロットの可用性を示す請求項21に記載のデバイス。
- 前記マップの各チャネルを表すのに用いられるビット数が変化し、前記第1チャネルに関する前記マップの一部が、少なくとも1つの前記他のチャネルに関する前記マップの一部よりも多いビット数で表わされる請求項22に記載のデバイス。
- 前記マップが、前記第1チャネル及び前記他のチャネルのサブセット上でタイムスロットの可用性を示す請求項21に記載のデバイス。
- 前記マップが、前記第1チャネル及び前記他のチャネルのサブセット上でタイムスロットの可用性を示し、前記第1チャネルに関する前記マップの一部が、前記サブセットの少なくとも1つの前記チャネルに関する前記マップの一部よりも多いビット数で表わされる請求項22に記載のデバイス。
- 複数のデバイスを含み、少なくとも1つのデバイスが、請求項16〜25のいずれか1項に記載のものである超広帯域ネットワーク。
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